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PATE A PAPIER MECANIQUE BLANCHIE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne le domaine technique de la papeterie et, plus
particulièrement, du papier et de la pâte à papier. En particulier, la
présente invention
a pour objet une nouvelle pâte à papier mécanique blanchie, un procédé pour sa
fabrication, ainsi que le papier obtenu à partir d'une telle pâte.
La pâte provenant du bois utilisée dans la fabrication du papier peut être,
soit
de la pâte mécanique, soit de la pâte chimique.
La pâte mécanique, obtenue directement à partir des rondins de bois
préalablement écorcés ou des déchets de scierie ou de débitage, conserve tous
les
constituants présents dans le bois original et, en particulier, la cellulose,
les
hémicelluloses et la lignine.
Par pâtes mécaniques, on entend les pâtes produites à partir du bois, par un
procédé mécanique de type broyage et/ou raffinage, ce procédé pouvant être
accompagné de traitements chimiques, physiques ou thermiques séparés ou
simultanés, une des caractéristiques de telles pâtes étant qu'elles
contiennent la
majeure partie de la lignine présente au départ dans le bois.
Un traitement chimique préalable est souvent effectué avant le broyage. Par
exemple, les copeaux de bois peuvent être imprégnés d'eau oxygénée, combinée
avec
de la soude caustique (procédé APMP, de (anglais "Alkaliue Peroxide Mecha~ical
Pulp") ou de sulfite de sodium (procédé CTMP, de (anglais "Chemo Thermo
Mecha~eical Pulp'~. Ces traitements chimiques permettent d'ouvrir la structure
compacte des fibres et de réduire la consommation d'énergie pendant (étape de
broyage.
De par le broyage et le raffinage rnis en oeuvre dans la production des pâtes
mécaniques, ces pâtes possèdent en général un degré d'égouttage SCHOPPER
RIEGLER (SR) supérieur à 22.
En outre, le procédé de raffinage utilisé génère une large distribution de
taille
de fibres à cause de (arrachage et de la délamination qui se produit le long
des parois
de la fibre, ainsi que des phénomènes de coupe de fibres. Les fragments de
fibres, les
fibrilles et les fibres fibrillées donnent aux pâtes BCTMP, (de (anglais
"Bleached
Chemi Thermo Mechanical Pulp", soit Pâtes Chimico Thermo Mécaniques
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Blanchies, en français), une surface spécifique bien plus élevée que les pâtes
chimiques (E. Cannell et R. Cockram, PPI, May 2000, p 51-61).
La pâte chimique, quant à elle, est produite par des procédés tendant à
séparer
les fibres de cellulose avec le minimum de dégradation. Le principe est
d'éliminer la
majeure partie de la lignine et une partie des hémicelluloses liées à la
ligi~ine par
dilution dans un milieu aqueux contenant des réactifs appropriés, par exemple
- Procédé au sulfite acide : H2S03 (SOZ) / NaHS03,
- Procédé au sulfite neutre : Na2S03 (NaHS03) / NaHC03 (Na2C03),
- Procédé au sulfate (Kraft) : NaOH, Na2S (NaHS) / Na2C03,
- Procédé à la soude : NaOH / Na2C03.
Pour la fabrication de papiers blancs notamment, il est également nécessaire
de
blanchir les pâtes chimiques ou mécaniques. Ce blanchiment est obtenu à l'aide
de
produits chimiques dont le rôle est, soit de dissoudre et extraire une partie
de la
lignine, soit de la décolorer. Parmi ces produits chimiques, on peut citer,
pour les
pâtes chimiques, le dioxyde de chlore, le peroxyde d'hydrogène, l'ozone et,
pour les
pâtes mécaniques, le peroxyde d'hydrogène. Le taux de lignine résiduelle dans
les
pâtes mécaniques blanchies est bien supérieur à celui des pâtes chimiques
blanchies,
car la plupart de la lignine reste dans les fibres (E. Cannell et R. Cockram,
PPI,
May 2000, p 51-61).
Ces pâtes à papier sont utilisées pour la fabrication de papiers qui peuvent
subir, lors de leur élaboration, des traitements particuliers leur conférant
des
caractéristiques spécifiques. Par exemple, l'ajout de charges minérales, comme
le
kaolin, l'oxyde de titane, le talc, le carbonate de calcium, améliorent, entre
autres,
l'imprimabilité, l'opacité et la stabilité dimensionnelle des papiers.
Par rapport aux pâtes chimiques, les pâtes mécaniques offrent notamment les
avantages suivants (E. Cannell et R. Cockram, PPI, May 2000, p 51-61)
- un plus faible coût d'investissement,
- un haut rendement par rapport au bois (85 à 95 % contre de 42 à 52 % dans le
cas des pâtes chimiques), et par conséquent elles sont obtenues à plus faible
coût,
- une amélioration de certaines propriétés physiques des papiers obtenues avec
ces pâtes, telles le bouffant, (opacité et la rigidité,
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- un impact environnemental réduit au niveau des rejets.
Cependant, un des obstacles majeurs à l'utilisation des pâtes mécaniques est
leur tendance au photo jaunissement. Il est généralement accepté que la
principale
réactivité photo-chimique soit associée à la teneur en lignine élevée des
pâtes
mécaniques. En effet, la lignine a tendance à s'oxyder en produits colorés.
Les pâtes
BCTMP (pâtes chimico thermo mécaniques blanchies), par exemple, sont
principalement utilisées pour la production de papiers à faible valeur ajoutée
et à
courte durée de vie, du fait de leur jaunissement à la lumière (Nordit Pulp
and Paper
Research Journal,1998,13(3), 198-205).
Aussi, les applications commerciales futures des pâtes mécaniques dépendent
grandement du développement de nouvelles technologies économiques permettant
d'améliorer la stabilité à la lumière de ces pâtes mécaniques, et ainsi de
limiter leur
jaunissement. Pour limiter le photo jaunissement des papiers fabriqués à
partir de
pâtes mécaniques, des agents protecteurs, tels que des absorbeurs d'UV et des
agents
antioxydants sont, par exemple, employés en surface du papier. Ces additifs,
dont les
plus efficaces sont les dérivés de la benzophénone, du benzotriazole ou du
diamino
stilbène, permettent de retarder le photojaunissement, mais ne résolvent pas
complètement ce problème (C. Li et A.J. Ragauskas, Journal of Pulp and Paper
Science, Vol. 27, N°6, June 2001, p 202), (S. Bourgoing, E. Leclerc, P.
Martin and S.
Robert, Journal of Pulp and Paper Science, Vol. 27, N°7, July 2001,
p 240).
En outre, ces additifs présentent un coût élevé et ont un effet négatif sur
(opacité des papiers ainsi que sur leur couleur. De plus, ces additifs se
dégradent au
cours du temps, conduisant à une perte progressive d'efficacité dans le temps.
Une autre approche, qui a été envisagée pour résoudre ce problème de
photojaiu~issement des pâtes mécaniques, a consisté à déposer en couchage, de
chaque côté du papier, au moins 5 g/m2 d'une composition pigmentaire contenant
au
moins 10 % d'oxyde de titane de structure rutile (R.W. Johnson, Tappi Journal,
May
1991, 209). Là encore cette solution proposée n'a pas connu de grand
développement
industriel à cause de ses limitations liées au coût élevé de (oxyde de titane,
à une
application limitée aux machines à papier possédant un outil de couchage
adéquat et
par le fait qu'elle ne constitue qu'une solution limitée à (obtention de
papiers
couchés, donc inapplicable pour (obtention de papïers non couchés.
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Il apparaît donc qu'il existe un besoin pour des nouvelles techniques
permettant
de fournir des pâtes à papier blanchies d'origine mécanique présentant une
stabilité à
1a lumière améliorée.
Aussi, un des objectifs de la présente invention est de fournir une pâte à
papier
qui soit simple, économique et industrielle et dont le jaunissement à la
lumière soit
limité.
Dans ce contexte, la présente invention a pour objet une pâte à papier
mécanique blanchie, à base de fibres fibrillées de cellulose, hemicelluloses
et lignine,
chargée en carbonate de calcium caractérisée en ce que le carbonate de calcium
est
cristallisé et recouvre, au moins en partie, les fibres fibrillées de
cellulose,
hemicelluloses et lignine auxquelles le carbonate de calcium est solidarisé
par liaison
mécanique.
En effet, il a été démontré que, lorsque les fibres fibrillées de cellulose,
hemicelluloses et lignine sont au moins en partie recouvertes de carbonate de
calcium
cristallisé, la stabilité à la lumière de la pâte à papier obtenue est
améliorée. Une
explication pourrait être que la lignine se trouve, de ce fait, protégée de la
lumière par
les granules de carbonate de calcium, ce qui entraînerait une limitation de
son
oxydation, à l'origine du jaunissement de la pâte à papier et du papier
obtenus.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un nouveau procédé permettant
d'améliorer la stabilité à la lumière de pâtes mécaniques blanchies.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de la
pâte à papier selon l'invention, comprenant les étapes suivantes
a) formation d'une suspension aqueuse homogène par mise en présence, en
milieu aqueux, de pâte à papier mécanique, à base de fibres iibrillées de
cellulose, hemicelluloses et lignine, d'au moins 22° Schopper Rieggler,
préalablement blanchie, et de chaux,
b) si la suspension obtenue à (étape a) présente un taux de matière sèche
supérieur à 10 % en poids, dilution de ladite suspension jusqu'à obtention
d'une suspension contenant un taux de matière sèche inférieur à 10 % en
poids, de préférence inférieur à 5 % en poids,
c) addition de gaz carbonique par injection à ladite suspension tout en
mélangeant ladite suspension et en maintenant sa température entre 10 et
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50 °C, jusqu'à transformation totale de la chaux en carbonate de
calcium qui
cristallise in situ.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description
faite
ci-dessous, en référence aux dessins annexés.
5 Les fig. 1 à 7 sont des vues au microscope électronique à balayage (MEB) de
différentes pâtes à papier
~ la fig. 1 est une vue avec un grossissement de 204 fois d'une pâte à papier
BCTMP RANGER SLAVE LAKE PULP CORPORATION R250B85 à 52° SR,
la fig. 2 est une vue avec un grossissement de 4 180 fois d'une pâte à papier
selon
l'invention obtenue avec 30 % de BCTMP RANGER SLAVE LAKE PULP
CORPORATION R250B85 à 38° SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de
chaux
éteinte non broyée,
~ la ~g. 3 est une vue avec un grossissement de 4 110 fois d'une pâte à papier
selon
l'invention obtenue avec 30 % de BCTMP RANGER SLAVE LAIE PULP
CORPORATION R250B85 à 38° SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de
chaux
éteinte broyée,
~ la fig. 4 est une vue avec un grossissement de 4 060 fois d'une pâte à
papier selon
l'invention obtenue avec 30 % de BCTMP RANGER SLAVE LAKE PULP
CORPORATION R.250B85 à 52° SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de
chaux
éteinte non broyée,
~ la fig. 5 est une vue avec un grossissement de 4 100 fois d'une pâte à
papier selon
l'invention obtenue avec 30 % de BCTMP RANGER SLAVE LAKE PULP
CORPORATION R250B85 à 52° SR et 70 % de CaCO3 obtenu à partir de
chaux
éteinte broyée,
~ la fig. 6 est une vue avec un grossissement de 4 050 fois d'une pâte à
papier selon
l'invention obtenue avec 50 % de BCTMP RANGER SLAVE LAKE PULP
GQRPORATION R250B85 _à.38° SR et 50 % de CaC03 obtenu à partir
de_chaux_
éteinte broyée,
~ la fig.7 est une vue avec un grossissement de 4 050 fois d'une pâte à papier
selon
l'invention obtenue avec 70 % de BCTMP RANGER SLAVE LAIE PULP
CORPORATION R250B85 à 38° SR et 30 % de CaC03 obtenu à partir de
chaux
éteinte broyée,
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Les fig. 8 à 10 représentent l'évolution, en fonction du temps d'exposition,
de
la blancheur (CIE) de différents types de pâtes à papier selon l'invention,
obtenue
selon un test accéléré
~ la Fg. 8 met en évidence le jaunissement limité des pâtes à papier selon
l'invention,
~ la fig. 9 met en évidence l'influence du broyage de la chaux utilisée,
~ la Bg.10 met en évidence l'influence du taux de carbonate de calcium.
Les fig. 11 à 21 correspondent à des vues au MEB de pâtes à papier selon
(invention obtenues à partir de pâtes mécaniques de différents types et
essences
~ la fig. 11 est une vue avec un grossissement de 4 050 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique TEMCELL BIRCH BULK à
24° SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
~ la fig. 12 est une vue avec un grossissement de 4 100 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique TEMCELL 325/85 à 38° SR
et
70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
~ la fig. 13 est une vue avec un grossissement de 4 140 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique TEMCELL 250/85 HW à 43°
SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyëe,
~ la fig. 14 est une vue avec un grossissement de 4 100 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique MILLAR WESTERN 325-85-
100 à 38° SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
~ la fig. 15 est une vue avec un grossissement de 4 100 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique ROTTNEROS CA 783 à 32°
SR
et 70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
~ la fig.16 est une vue avec un grossissement de 4 100 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique SODRA 100/80 à 70° SR et
70
de-CaC03-obtenu à partir de chaux-éteinte.broyée,
~ la fig.17 est une vue avec un grossissement de 4 140 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique WAGGERYD CELL AB. C
150/78 à 62° SR et 70 % de CaCO3 obtenu à partir de chaux éteinte
broyée,
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~ la fig. 18 est une vue avec un grossissement de 4140 fois d'une pâte à
papier selon
l'invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique SCA (Ostrand) HT TISSUE 001
à 24° SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
~ la fig. 19 est une vue avec un grossissement de 4 100 fois d'une pâte à
pâpier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique ZUBIALDE Px3 à 58°SR et
70
de CaCO3 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
~ la fig. 20 est une vue avec un grossissement de 4 010 fois d'une pâte à
papier selon
l'invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique M-RÉAL SPHINX 500/80 à
25°
SR et 70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
~ la fig. 21 est une vue avec un grossissement de 4 100 fois d'une pâte à
papier selon
(invention obtenue avec 30 % de pâte mécanique RONDCHATEL 8255 à 52° SR
et 70 % de CaC03 obtenu à partir de chaux éteinte broyée,
Les pâtes de départ utilisées dans le procédé selon la présente invention,
sont
des pâtes mécaniques obtenues à partir de différents bois, par exemple des
bois de
résineux ou de feuillus ou d'eucalyptus. Un traitement chimique peut
accompagner le
traitement mécanique : les pâtes de type CTMP, par exemple, peuvent également
étre
utilisées comme produit de départ.
De par le procédé mécanique selon lequel elles sont obtenues, toutes les pâtes
mécaniques utilisées ont un degré SR supérieur à 22°. Aussi, les fibres
de cellulose,
contenues dans ces pâtes, possèdent un certain degré de fibrillation.
Pour la présente invention, la technique de référence de la mesure du degré SR
est celle décrite dans la norme ISO 5267-1, cette méthode permet de déterminer
l'égouttabilité d'une suspension aqueuse de pâte en fonction de son degré SR.
Ces pâtes sont préalablement blanchies selon les techniques classiques bien
connues de (homme de fart, par exemple avec de l'eau oxygénée, puis les étapes
a),
b) et c) du procédé selon l'invention sont mises en oeuvre.
.L'_étape a) con,siste_à~ornler une suspension aque_use._homogène par mise ex~
présence, en milieu aqueux, de la pâte à papier mécanique de départ
préalablement
blanchie et de chaux.
La chaux ou hydroxyde de calcium est donc la source en ions calcium Ca2+. De
la chaux vive ou de la chaux déjà sous forme de suspension aqueuse (éteinte)
peut
être utilisée. La pâte à papier et la chaux peuvent être introduites
directement sous
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forme de suspension, dans un réacteur approprié, de type cuve. Une pâte, sous
forme
de suspension aqueuse contenant de 0,1 à 10 % en poids de matière sèche peut,
par
exemple, être introduite, puis une suspension aqueuse de chaux contenant de
0,1 à
30 %, de préférence 13 % en poids de matière sèche est additionnée sous
agitation
modérée. Par agitation modérée, il faut entendre par exemple une agitation de
(ordre
de 1 à 30 tr/min.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, permettant encore
d'améliorer la résistance au photo jaunissement et donc la blancheur des pâtes
à
papier mécaniques blanchies selon l'invention, la chaux utilisée se présente
sous la
forme de particules de diamètre moyen inférieur à 9 wm, de préférence égal à 5
wm.
Afm d'obtenir cette taille de particules, on utilise, par exemple, de la chaux
éteinte
préalablement soumise à un broyage humide dans un broyeur à microbilles, tel
que
celui commercialisé par la société WAB AG (Basel) sous le nom DYNO~-Mill de
type KD. Le diamètre moyen des particules de chaux est mesuré à l'aide d'un
granulomètre laser type 230 de la société COULTER.
Il est ensuite nécessaire que la suspension contienne un taux de matière sèche
inférieur à 10 % en poids, de préférence inférieur à 5 % en poids et
préférentiellement égal à 2,5 %, pour que le carbonate de calcium cristallise
dans de
bonnes conditions. En effet, le taux de matière sèche détermine la viscosité
de la
suspension. Or, pour garantir (homogénéité de la rëaction, la viscosité ne
doit pas
étre trop élevée. Aussi, l'étape b) de dilution consiste à amener la
suspension
préparée à l'étape a), si celle-ci présente un taux de matière sèche trop
élevé, au taux
de matière sèche désiré correspondant à la viscosité désirée, à savoir
inférieur à 10 %.
Il est préférable de ne pas stocker la suspension formée de pâte à papier et
de
chaux plus de 30 minutes pour éviter que la lignine, présente dans et sur les
fibres,
réagisse avec la chaux ce qui entraînerait un jaunissement de la pâte. Ainsi,
de
manière préférée, les étapes a)_et b~ du procédé durent moins de 30 minutes.
L'étape c) consiste ensuite à additionner, à cette suspension diluée dont la
température a préalablement été stabilisée entre 10 et 50 °C, du gaz
carbonique par
injection, tout en mélangeant la suspension et en maintenant la température de
la
suspension entre 10 et 50 °C, jusqu'à transformation totale de la chaux
en carbonate
de calcium qui cristallise ifi situ.
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Le gaz carbonique (COz) constitue donc la source en ions carbonates C03z-. Ce
dernier est injecté dans la suspension, par exemple, avec un débit de l'ordre
de 0,1 à
30 m3/h/kg d'hydroxyde de calcium, de préférence de 15 m3/h/kg. Lors de
l'addition
de dioxyde de carbone, le mélange réactionnel est maintenu sous forte
agitation, par
exemple entre 100 et 3000 tr/min et de préférence 500 tr/min.
La réaction est terminée lorsque la totalité de la chaux présente au départ a
réagi, ce qui se traduit par une diminution du pH de la suspension,
initialement
basique et donc proche de 12, vers un pH neutre qui se stabilise en fin de
réaction
vers 7.
Comme précédemment décrit, la cristallisation du carbonate de calcium sur les
fibres de cellulose, hemicelluloses et lignine peut être effectuée dans un
réacteur de
type cuve selon un procédé discontinu. Un procédé continu, dans lequel les
différents
réactifs mis en couvre sont injectés et mélangés les uns après les autres dans
un
réacteur de type tube muni de mélangeurs statiques peut également être
utilisé. Dans
ce cas, la pâte de départ est envoyée dans un réacteur tubulaire, puis la
suspension
aqueuse de chaux est injectée, et enfin le CO~, est injecté en un ou plusieurs
points.
Après chaque point d'injection, le réacteur tubulaire est muni de mélangeurs
statiques
en nombre et type adéquats assurant (homogénéité du mélange afin que la
réaction
puisse se passer de manière homogène et que le carbonate de calcium
cristallise en se
répartissant sur les fibres de cellulose, hemicelluloses et lignine.
La longueur du réacteur tubulaire doit être suffisante pour que la réaction
soit
terminée à la sortie du réacteur. Cette longueur est fonction des
concentrations en
produits et des débits utilisés.
Sur le plan industriel, ce type de procédé continu présente un certain nombre
d'avantages : aucune cuve de stockage intermëdiaire n'est nécessaire ; le
débit peut
être régulé pour s'adapter à la consommation en sortie ; si un problème
survient en
sortie du réacteur, les injections de chaux et de COZ peuvent être
immédiatement
stoppées et aucun produit intermédiaire n'est ainsi à stocker.
Un procédé mixte continu/discontinu peut également être utilisé. Dans ce cas,
la pâte de départ et la chaux sont successivement additionnées sous agitation
dans
une cuve. La suspension obtenue est ensuite envoyée dans un réacteur tubulaire
dans
lequel le C02 est injecté en un ou plusieurs points. Le réacteur tubulaire est
muni
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d'un nombre adéquat de mélangeurs statiques afin d'assurer (homogénéité du
mélange. Là encore, la longueur du réacteur tubulaire doit être suffisante
pour qu'à la
sortie du réacteur, la réaction soit terminée.
Le brevet FR 92 04 474 décrit un procédé de fabrication de nouveaux produits
5 complexes, destinés notamment aux matériaux de construction, aux produits de
papeterie, aux substrats non tissés opacifiés mettant en oeuvre des étapes
proches des
étapes a), b) et c) du procédé de ladite invention. Le problème technique, que
tend à
résoudre le procédé décrit dans FR 92 04 474, est de fournir un produit
présentant
une meilleure tenue et/ou cohésion face aux contraintes mécaniques auxquelles
il est
10 soumis. De manière surprenante, le demandeur a mis en évidence que
l'application
d'un procédé de ce type à des pâtes mécaniques composées à la fois de
cellulose,
hemicelluloses et lignine, préalablement blanchies, permet d'améliorer la
stabilité à
la lumière des pâtes à papier obtenues, en limitant leur jaunissement.
Selon le procédé de la présente invention, le carbonate de calcium
cristallise,
dans sa majorité, sous forme d'amas de granules, qui recouvrent les fibres de
cellulose, hemicelluloses et lignine, par liaisons mécaniques non labiles avec
une
bonne répartition et une concentration préférentielle sur les zones de plus
grande
surface spécifique. Ainsi, les pâtes selon l'invention ont une structure bien
particulière : les cristaux de carbonate de calcium sont répartis et greffés
mécaniquement sur les fibres fibrillées, qui se trouvent ainsi recouvertes,
comme
illustré sur les fig. 2 à 7 et 11 à 21. Ces fig. 1 à 7 et 11 à 21 sont des
photos réalisées
au microscope électronique à balayage MEB, avec un appareil du type Stereoscan
90
de Cambridge Instruments, sur des pâtes à papier conformes à l'invention, qui
ont été
préalablement séchées par la technique à point critique décrite dans le brevet
FR 92 04 474.
Les fig. 2 à 7 et 11 à 21 montrent que, dans les exemples choisis, le
carbonate
cristallise sous la forme cubiaue. Les conditions obératoires pourraient être
mndifiée~
pour obtenir des cristaux de forme rhomboédrique ou scalénoédrique.
Les pâtes selon la présente invention contiennent, de préférence, plus de 20
en poids et, préférentiellement, plus de 50 % en poids de carbonate de calcium
par
rapport à la matière sèche totale. Ces pâtes peuvent, par exemple, contenir de
20 à
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75 % en poids de carbonate de calcium, de 80 à 25 % en poids de cellulose,
hemicelluloses et lignine, par rapport à la matière sèche totale.
D'autres agents, tels que des agents azurants, peuvent également être intégrés
aux pâtes à papier mécaniques blanchies selon l'invention.
La présente invention a également pour objet les papiers fabriqués à partir
des
pâtes à papier selon l'invention. Ces papiers sont préparés selon les
techniques de
papeterie classiques, bien connues de l'homme de fart. Les pâtes à papier
selon
l'invention sont en, général, utilisées en mélange avec d'autres pâtes .pour
la
fabrication de papier, afin d'obtenir un taux de charge maximum en carbonate
de
calcium, de l'ordre de 10 à 40 % en poids par rapport à la matière sèche
totale.
Les EXEMPLES ci-après illustrent l'invention sans toutefois la limiter et
mettent en évidence le caractère plus stable, vis à vis du photo jaunissement,
des
papiers obtenus avec les pâtes à papier mécaniques blanchies selon
l'invention.
PREMIERS SERIE D'EXEMPLES
Ces exemples ont été réalisés avec de la chaux éteinte f Itrée ou avec de la
chaux éteinte broyée se présentant sous la forme de particules de diamètre
moyen
égal à 5 gym.
Une dispersion de chaux éteinte contenant 25 % de matière sèche (Chaux
éteinte LYS-Polienas grade extra blanc de BALTHAZARD et COTTE) et 1 % de
Coatex GSN (de COATEX) comme agent dispersant est diluée pour obtenir un taux
de matière sèche de 13 %, puis filtrée sur un tamis vibrant de 100 ~,m. Cette
chaux
est, soit utilisée directement (chaux non broyée), soit broyée dans un broyeur
à
microbille DYNO~-Mill de type KLD-Pilot pour obtenir des particules de
diamètre
moyen égal à 5 ~,m.
Les réactions sont effectuées dans un réacteur tubulaire de 52 m de long et
10 mm de diamètre avec deux , mélangeurs statiques, en utilisant les
paramètres
suivants
~ Pourcentage chaux éteinte / BCTMP = Quantités suffisantes pour obtenir des
ratio
CaC03/BCTMP de 70/30, 50/50 ou 30/70,
~ % de matière sèche avant injection de C02 : 2,5 %,
~ Pression de réaction : 4 bars,
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~ Pression COz : 6 bars,
~ Débit de réaction : 21/min,
~ Température de réaction : 25 °C,
~ Débit de C02 : 61/min,
~ pH sortie de réacteur : 6,4.
De la pâte BCTMP (référence R250B85 (Peuplier) de la société Ranger Slave
Lake Pulp Corporation (Canada)) est, soit utilisée telle que vendue à
38° SR, soit
utilisée raffinée à 52° SR.
Les différentes pâtes présentées au TABLEAU 1 sont préparées
TABLEAU 1
BCTMP CaC03
EXEMPLE SR % broye
38 30 non 70
2 52 30 non 70
3 3 g 30 oui 70
52 30 oui 70
5 38 50 oui 50
38 70 oui 30
Les fig. 2 à 7 sont, respectivement, des vues au MEB des pâtes des
EXEMPLES 1 à 6.
Des feuilles de papier sont réalisées avec les pâtes à papier des EXEMPLES 1
à 4 ci-dessus.
Dans chaque feuille de papier, la teneur en carbonate de calcium visée est de
20
%;1ë-carbonaté-de calcïuxri étânt exclusivement amérié par 1'mtermédiâiïe des
pâtés
selon (invention, la teneur en BCTMP étant, par conséquent, de 8,6 % du total
(soit
environ 10,75 % des pâtes).
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Un mélange de 80 % de pâte de feuillus CELIMO et de 20 % de pâte de
résineux CELIMO raffiné à 25° SR est ajouté pour former la feuille de
papier. Le
grammage des feuilles est de 78 à 80 glm2.
Ces feuilles de papier sont soumises à un test de vieillissement accéléré. Le
vieillissement â la lumière dans des conditions ambiantes est un procédé
relativement
lent et iI est donc nécessaire d'utiliser un test accéléré pour évaluer Ia
stabilité à la
lumière d'une pâte ou d'un papier. Il est reconnu que le vieillissement
artificiel est
utilisable pour évaluer la stabilité d'un groupe de papiers et les classer les
uns par
rapport aux autres (Nordic Pulp and Paper Research Journal, 1998, 13(3), 191-
197).
Pour étudier le vieillissement accéléré des papiers selon (invention, un
appareil de
table SUNTEST de Original HANAU est utilisé.
Deux pâtes témoins sont réalisées : Tl contenant 30 % de BCTMP à
38° SR et
70 % de carbonate de calcium précipité et commercialisé sous le nom Mégafill~
(Speciality Minerais France) et T2 comprenant 30 % de BCTMP à 52° SR et
70 % de
Mégafill~. Des feuilles de papier sont réalisées avec les pâtes témoin Tl et
T2 dans
Ies mémes conditions que précédemment avec les pâtes 1 à 4. Le carbonate de
calcium précipité et la BCTMP sont présents en quantités identiques pour Tl et
les
EXEMPLES 1 et 3 et pour T2 et les EXEMPLES 2 et 4, la seule différence notable
étant que dans un cas (Témoins T1 et T2), le carbonate de calcium précipité
est
réparti de manière aléatoire dans toute la feuille, et dans (autre cas (objet
de la
présente invention), il est cristallisé sur les fibres de pâte BCTMP.
Le TABLEAU 2 ci-après montre 1a perte de blancheur CIE (La blancheur CIE
est définie selon la norme internationale ISO 11475) obtenue après 60 minutes
et
180 minutes d'exposition au SUNTEST, avec les feuilles de papier réalisées
avec les
pâtes témoins T1 et T2 et Ies pâtes des EXEMPLES 1 à 4.
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TABLEAU 2
PATS
A PAPIER
UTILISEE
T1 1 3 T2 2 4
~ CIE
60 minutes13,4 8,68 9,99 13,05 8,79 10,03
~ CIE
180 minutes19,95 12,67 15,92 18,98 12,91 14,97
La fig. 8 représente (évolution de la blancheur Ll~ en toncnon eau temps ~t~
d'exposition au SUNTEST en minutes pour les papiers obtenus avec les pâtes 1 à
4 et
Tl et T2. Ces résultats montrent que les papiers selon (invention présentent
une
perte de blancheur moindre, de 3 à 8 points CIE au bout de 60 minutes et de 4
à
7,5 points CIE au bout de 180 minutes, par rapport au témoin.
La fig. 9 représente (évolution de la blancheur CIE en fonction du temps (t)
d'exposition au SUNTEST en minutes pour les papiers obtenus avec les pâtes 1
et 2
(chaux filtrée) et 3 et 4 (chaux broyée) . Ces résultats mettent en évidence
l'effet du
broyage de la chaux sur la blancheur du papier obtenu. Le gain de blancheur
initial
est d'environ 10 points CIE, ce qui présente une nette amélioration.
Dans (exemple suivant, les performances de tenue à la lumière des pâtes 3, 5
et
6 sont comparées entre elles. A cet effet, on prépare des feuilles de papier
comprenant 80 % en poids de pâte 3, 5 ou 6 et 20 % d'un mélange de pâtes
feuillus et
résineux Celimo (dans le rapport 80/20) raffiné à 25° SR. Ces feuilles
sont soumises,
comme précédemment, au test de vieillissement accéléré à (aide de (appareil de
table
SUNTEST de Original HANAU.
Le TABLEAU 3 ci-après montre la perte de blancheur CIE obtenue après
60 inüiutes d'expositiori-au-SUNTEST,-avec les feuilles dé p~.pier réalisées
avec les--
pâtes 3, 5 et 6.
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TABLEAU 3
PATE A PAPIER
UTILISEE
3 5 6
0 CIE
60 minutes 12,4 15,0 19,5
5 Nous constatons donc que plus le taux de CaC03 précipité sur la BCTMP est
élevé, moins grande est la perte de blancheur CIE lors de (irradiation au
SUNTEST,
le CaCO3 précipité sur les fibres jouant un rôle protecteur vis-à-vis du
jaunissement
de la lignine.
L'influence du taux de CaC03 précipité sur la BCTMP est mis en ëvidence à la
10 fig. 10 qui représente (évolution de la blancheur CIE en fonction du temps
(t)
d'exposition au SUNTEST en minutes pour les papiers obtenus avec les pâtes 3,
5
et 6.
SECONDE SERIE D'EXEMPLES
15 Dans les exemples suivants, différentes pâtes mécaniques ont été utilisées
comme produit de départ pour la réaction de précipitation de carbonate de
calcium.
Les conditions de réaction sont similaires à celles précédemment décrites,
c'est-à-
dire : une dispersion de chaux éteinte contenant 25 % de matière sèche (Chaux
éteinte LYS-Polienas grade extra blanc de BALTHAZARD et COTTE) et 1 % de
Coatex GSN (de COATEX) comme agent dispersant, diluée poux obtenir un taux de
matière sèche de 13 %, puis filtrée sur un tamis vibrant de 100 ~.m. Cette
chaux est
broyée dans un broyeur à microbille DYNO~-Mill de type KLD-Pilot pour obtenir
des particules-de diamètre moyen-égal-.'a=S::~m:
Les réactions sont effectuées dans un réacteur tubulaire de 52 m de long et
10 mm de diamètre avec deux mélangeurs statiques, en utilisant les paramètres
suivants
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~ Pourcentage chaux éteinte / BCTMP = Quantités suffisantes pour obtenir des
ratio
CaC03 / BCTMP de 70/30,
~ % de matière sèche avant injection de C02 : 2,5 %,
~ Pression de réaction : 4 bars,
~ Pression C02 : 6 bars,
~ Débit de réaction : 21/min
~ Température de réaction : 25 °C,
~ Débit de C02 : 61/min,
~ pH sortie de réacteur : 6,4.
Les pâtes de départ utilisées et leurs caractéristiques sont rassemblées dans
le
TABLEAU 4 suivant.
TABLEAU 4
PATE MECANIQUE CaC03
EXEMPLE REFERENCE PATSFOURNISSEUR ESSENCESR % Broy
7 Temcell Birch TEMBEC Bouleau24 30 Oui 70
Bullc
8 Temcell325/85 TEMBEC Feuillus38 30 Oui 70
9 Temcell 250/85TEMBEC Feuillus43 30 Oui 70
HW
10 325-85-100 MILLAR Feuillus38 30 Oui 70
WESTERN
11 CA 783 ROTTNEROS Feuillus32 30 Oui 70
AB
12 100/80 S~DRA Epica 70 30 Oui 70
13 Cell AB.C 150/78WAGGERYD Rsineux62 30 Oui 70
AB
14 HT Tissue 001 SCA (Ostrand)Rsineux24 30 Oui 70
AB
PX3 ZUBIALDE Pin 58 30 Oui 70
Radiata
16 Sphinx 500/80 M-REAL Epica 25 30 Oui 70
17 8255 RONDCHATEL Epica 52 30 Oui 70
Les fig.11 à 21 sont des photos au MEB des pâtes à papier des EXEMPLES 7
15 à 17, respectivement.
Avec les pâtes 7 à 17, on réalise des feuilles de papier comprenant 80 % en
poids de la pâte 7 à 17 et 20 % d'un mélange de pâtes de feuillus et résineux
CEL1MO (dans le rapport 80/20) raffiné à 25° SR.
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On réalise également, dans chaque cas, une feuille témoin correspondante
contenant le même type et la même quantité de pâte mécanique, la même quantité
d'un mélange de pâtes de feuillus et résineux CELIMO (dans le rapport 80/20)
raffiné
à 25° SR et du carbonate de calcium précipité commercialisé sous le nom
Mégafill~
(Speciality Minerais France) en quantité équivalente à la quantité de charge
présente
dans les feuilles de papier réalisées avec les pâtes selon l'invention. Dans
le cas des
feuilles témoins, le carbonate de calcium précipité est réparti, de manière
aléatoire,
dans toute la feuille, alors que, dans le cas des feuilles selon la présente
invention, il
est cristallisé sur les fibres de pâte mécanique.
Ces feuilles sont soumises, comme précédemment, au test de vieillissement
accéléré à (aide de (appareil de table SUNTEST de Original HANAU.
Le TABLEAU 5 ci-après montre la perte de blancheur CIE obtenue après
60 minutes d'exposition au SUNTEST, avec les feuilles de papier réalisées avec
les
pâtes 7 à 17 et leurs témoins respectifs.
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TABLEAU 5
PTE UTILISEE d Blancheur CIE -
60 min
EXEMPLE 7 13,5
Tmoin EXEMPLE 7 18,3
EXEMPLE 8 11,1
Tmoin EXEMPLE 8 14,9
EXEMPLE 9 12,6
Tmoin EXEMPLE 9 14,8
EXEMPLE 10 13,3
Tmoin EXEMPLE 10 14,9
EXEMPLE 11 10,0
Tmoin EXEMPLE 11 12,3
EXEMPLE 12 13,6
Tmoin EXEMPLE 12 14,7
EXEMPLE 13 12,4
Tmoin EXEMPLE 13 13,6
EXEMPLE 14 16,0
Tmoin EXEMPLE 14 19,3
EXEMPLE 15 14,2
Tmoin EXEMPLE 15 17,1
EXEMPLE 16 10,2
Tmoin EXEMPLE 16 16,3
EXEMPLE 17 7,8
Tmoin EXEMPLE 17 11,2
Ces résultats montrent que les papiers, faits avec les pâtes selon (invention,
ont, quel que soit le type de pâte mécanique utilisée (différentes essences de
feuillus
et résineux et différents traitements), une perte de blancheur inférieure aux
témoins
correspondants. Le CaC03 précipité sur les fibres joue bien un rôle protecteur
vis-à-
vis du jaunissement de la lignine.
